大気大循環 / Atmospheric general circulation

大気大循環とは、地球全体を規模とする、大気の恒常的な大規模な循環のことだ。これは、地球が球体であるため太陽からの日射量が地域によって大きく異なり、この熱の不均一な分布を解消しようとする動きが、地球全体で巨大な空気の流れを生み出している現象を指す。

地球の表面では、赤道付近が最も太陽の熱を受け、極地方が最も少ない。この温度差によって、空気の密度に違いが生じ、気圧の差が生まれる。空気は気圧の高い方から低い方へ流れる性質があるため、この気圧差が地球規模での空気の動き、つまり大気大循環の基本的な駆動力となるのだ。

大気大循環は、主に以下の三つの循環セル（循環の単位）に分けられる。

1. ハドレー循環（熱帯循環）: 赤道付近で暖められた空気が上昇し、上空で極方向（緯度30度付近）へと移動し、そこで下降する。下降した空気は地表を赤道方向へと戻る「貿易風」となる。この循環は、熱帯の気候パターン、特に熱帯収束帯（低気圧）での多雨と亜熱帯高圧帯（高気圧）での乾燥気候（砂漠の形成）に大きく影響している。
2. フェレル循環（中緯度循環）: 緯度30度から60度付近にかけて見られる循環だ。ハドレー循環や後述の極循環とは異なり、直接的な熱の輸送ではなく、隣接する循環に「引きずられる」形で形成される「間接循環」である。地表付近では西から東へ向かう「偏西風」が吹き、温帯低気圧や高気圧といった大規模な気象じょう乱が活発に発生・移動する領域だ。
3. 極循環: 極地方（緯度60度から90度付近）に存在する循環で、極で冷やされた空気が下降し、地表を赤道方向へと流れる「極偏東風」となる。この空気は緯度60度付近で上昇し、上空を極方向へと戻る。これは極地方の寒冷な気候を形成する上で重要な役割を果たす。

これらの三つの循環セルはそれぞれ独立して存在しているわけではなく、互いに複雑に影響し合いながら、地球全体での熱や水蒸気、運動量の輸送を行っている。大気大循環を理解することは、地球上の様々な気候帯の分布、季節ごとの気象変化、そして地球温暖化のような地球規模の環境問題を理解する上で不可欠な要素なのだ。

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Atmospheric general circulation refers to the continuous, large-scale circulation of the atmosphere that spans the entire globe. This phenomenon describes the immense movement of air across the Earth, driven by the attempt to equalize the uneven distribution of heat resulting from the varying amounts of solar radiation received at different regions due to the Earth being a sphere.

On the Earth’s surface, the equatorial region receives the most solar heat, while the polar regions receive the least. This temperature difference causes variations in air density, leading to pressure differences. Since air naturally flows from areas of high pressure to areas of low pressure, these pressure differentials become the fundamental driving force behind global air movements, i.e., the atmospheric general circulation.

The atmospheric general circulation is primarily divided into three circulation cells:

1. Hadley Cell (Tropical Circulation): This begins with air warming and rising near the equator due to intense solar radiation. The air then moves poleward in the upper atmosphere (around 30 degrees latitude) and descends there. The descending air then flows back towards the equator at the surface, forming the “trade winds.” This circulation significantly influences tropical climate patterns, particularly the heavy rainfall in the Intertropical Convergence Zone (low pressure) and the arid climates (formation of deserts) in the subtropical high-pressure belt.
2. Ferrel Cell (Mid-latitude Circulation): This circulation is observed between approximately 30 and 60 degrees latitude. Unlike the Hadley Cell and the Polar Cell (described below), it is an “indirect circulation,” formed by being “dragged along” by the adjacent circulations rather than by direct heat transport. At the surface, “westerlies” blow from west to east, and this region is characterized by the active formation and movement of large-scale meteorological disturbances such as mid-latitude cyclones and anticyclones.
3. Polar Cell: This circulation exists in the polar regions (approximately 60 to 90 degrees latitude). Air cooled at the poles descends and flows towards the equator at the surface as “polar easterlies.” This air then rises around 60 degrees latitude and returns towards the poles in the upper atmosphere. This cell plays a crucial role in shaping the cold climate of the polar regions.

These three circulation cells are not isolated but interact complexly with each other, transporting heat, water vapor, and momentum across the entire Earth. Understanding atmospheric general circulation is an indispensable element for comprehending the distribution of various climate zones on Earth, seasonal weather changes, and global environmental issues such as global warming.